Коронавирусы: в семье не без урода
Возбудитель пандемии COVID-19, новый коронавирус SARS-CoV-2, относится к семейству коронавирусов, в котором насчитывается 40 видов. Все они имеют схожее строение, о котором мы уже писали. Но не лишне и повторить. Это РНК-вирусы с довольно крупными по размеру вирусными частицами (вирионами) — 100-120 нм. В центре вириона находится генетический материал — молекула РНК в комплексе с белком (нуклеокапсид). Молекула РНК у них тоже крупная — около 30 тысяч нуклеотидов. Белковая оболочка, капсид, у коронавирусов ощетинивается шипами «короны». Шипы образованы S-белком (или спайк-белком), именно он связывается с рецептором на клеточной мембране и обеспечивает проникновение вируса в клетку. Поверх белкового капсида коронавирусы снабжены дополнительной оболочкой — суперкапсидом из двойного слоя липидов.
Коронавирусы размножаются в клетках млекопитающих и птиц, а некоторые — в клетках человека, причем по степени патогенности для человека они очень отличаются. Большинство коронавирусов вызывают у человека обычную острую респираторную инфекцию (ОРВИ), как и множество других вирусов из разных семейств. Таковы коронавирусы HCoV-229E, HCoV-NL63, HCoV-OC43, HCoV-HKU1 (буква H в названии означает, что они «человеческие»). По разным оценкам, коронавирусы становятся причиной от 12% до 20% ОРВИ.
На них никто особенно не обращал внимания, пока в 2002 году в Китае не случилась вспышка атипичной пневмонии (TOPC). Ее возбудителем был коронавирус SARS-CoV. Как следует из названия, он весьма похож на возбудителя нынешней пандемии COVID-19. Для проникновения в клетку он использует тот же рецептор АС2. До того, как возбудитель атипичной пневмонии стал заражать человека, его хозяевами были летучие мыши. Атипичная пневмония в 2003 году распространилась на другие страны и континенты; эпидемией были охвачены 29 стран, болезнь диагностирована у 8098 людей, 774 из них умерли. Если сравнить ее с нынешней пандемией COVID-19, то заболевших было несопоставимо меньше, но смертность достигала почти 10%, что гораздо выше, чем сейчас.
В 2012 году случилась вспышка ближневосточного респираторного синдрома в Саудовской Аравии, ее возбудитель — коронавирус MERS-CoV. К 2015 году эпидемия охватила 23 страны. Заболевания, вызванные MERS-CoV, продолжаются, всего в мире зарегистрировано около 2500 случаев, умерли около 900 человек. Как и с атипичной пневмонией, мы видим, что, по сравнению с COVID-19, число заболевших гораздо меньше, а смертность гораздо выше. MERS-CoV находится в меньшем родстве с новым коронавирусом, чем возбудитель атипичной пневмонии: так для проникновения в клетку он использует другой рецептор, DPP4.
На распространение заболевания и смертность от него влияют множество свойств вируса, которые у возбудителя COVID-19 еще недостаточно изучены: вирулентность, механизмы передачи, инкубационный период, способность к бессимптомной передаче, выработка иммунитета и пр. Сейчас во всем мире секвенируют геномы SARS-CoV-2, чтобы оценить скорость и особенность его эволюции, что очень важно для создания вакцины. Пока что ясно, что он эволюционирует не очень быстро, скорость возникающих в нем мутаций меньше, чем у вируса гриппа.
Интересное исследование, в котором на молекулярном уровне сравнивали разные коронавирусы, провел эволюционный биолог и вирусолог Евгений Кунин, сотрудник Cold Spring Harbor Laboratory, эта работа опубликована в виде препринта. Евгений Кунин и его коллеги задались вопросом, есть ли отличия на уровне генов и белков у коронавирусов с высокой патогенностью (SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2) от менее опасных вирусов того же семейства. Для сравнения тех и других ученые привлекли метод нейронных сетей. Этим методом им удалось найти 11 участков в геномах, которые отличают высокопатогенные коронавирусы от менее патогенных, из них 4 вызывают изменения в белках вируса.
Эти участки были достаточно большими — не замены отдельных нуклеотидов, а вставки фрагментов нуклеотидов, инсерции. И эти отличия в геноме вызывали изменения в двух белках вируса. Один белок входит в состав нуклеокапсида (в комплексе с РНК), и смысл его изменений пока не очень понятен. Ученые выяснили, что у высокопатогенных вирусов нуклеокапсидный белок помогает вирусу проникнуть в ядро клетки, хотя пока исследователи не понимают, зачем это надо, и как это может быть связано с патогенностью. Второй белок — это S-белок, в нем происходят изменения, которые облегчают вирусу узнавание рецептора AC2 и слияние вирусной мембраны с клеточной мембраной. Это относилось и к вирусам SARS, и к вирусу MERS, хотя они используют разные клеточные рецепторы. Наконец, у SARS-CoV-2 обнаружилась еще одна вставка, которая позволяет ему узнавать клеточную протеазу (фермент, расщепляющий белок) под названием фурин. Эта самая протеаза фурин расщепляет S-белок на две части — одна часть служит для узнавания рецептора, другая — для проникновения в клетку. И обнаруженная вставка повышает эффективность этого процесса.
Таким образом, найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно, идя по этому пути, ученые поймут, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.